一、引言

隨著工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化水平的不斷加快,，對控制系統(tǒng)提出了愈來愈嚴(yán)格的要求,。隨著大規(guī)模集成電路廣泛應(yīng)用，控制系統(tǒng)本身也得到長足發(fā)展,，已由原來的分立元件,、繼電器控制，發(fā)展成為大規(guī)模集成電路的微機(jī)控制,。控制方式也由原來的分散控制發(fā)展為集中控制,。正是在這種發(fā)展的需求下，可編程控制器應(yīng)運(yùn)而生,。由于可編程控制器（PLC）具有體積小,、抗干擾能力強(qiáng)、組態(tài)靈活等優(yōu)點(diǎn),，因而在工業(yè)控制系統(tǒng)中得到非常廣泛的應(yīng)用,。

在電纜自動(dòng)生產(chǎn)線檢測控制系統(tǒng)中，可編程控制器主要用作下位機(jī),，檢測各狀態(tài)點(diǎn)的狀態(tài),，直接控制系統(tǒng)的啟、停和其他控制單元的投切,，并將各點(diǎn)的狀態(tài)送給上位機(jī)——計(jì)算機(jī),，計(jì)算機(jī)綜合可編程控制器和其他設(shè)設(shè)備的數(shù)據(jù)，作出相應(yīng)的處理和顯示,。關(guān)于整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)另文介紹,，本文主要介紹該系統(tǒng)中用作下位機(jī)的可編程控制器的作用、與計(jì)算機(jī)的通訊及程序設(shè)計(jì)方法,。

二,、可編程控制器的性能特點(diǎn)

用于控制系統(tǒng)中的可編程控制器是以循環(huán)掃描的方式工作，它不斷讀取輸入點(diǎn)的狀態(tài),，然后按照既定的控制方式進(jìn)行邏輯運(yùn)算,，將結(jié)果從輸出端送出，從而達(dá)到控制的目的,。它是由工業(yè)專用微型計(jì)算機(jī),、輸入/ 輸出繼電器,、保護(hù)及抗干擾隔離電路等組成的微機(jī)控制裝置，具有順序,、周期性工作的特性,。由于它具有可編程的功能，且其基本輸入/輸出點(diǎn)全部使用開關(guān)量,，因而完全可以替代繼電器控制系統(tǒng)和由分立元件構(gòu)成的控制系統(tǒng),。從應(yīng)用角度來看，可編程控制器具有如下特點(diǎn)：

1,、可靠性高：可編程控制器的輸入/ 輸出端口均采用繼電器或光耦合器件,，即基本輸入/ 輸出點(diǎn)均為開關(guān)量，同時(shí)附加有隔離和抗干擾措施,，使其具有很高的抗干擾能力,，因而能在比較惡劣的環(huán)境下可靠工作。

2,、體積?。涸谥圃鞎r(shí)采用了大規(guī)模集成電路和微處理器，用軟件編程替代了硬連線,，達(dá)到了小型化,，便于安裝。

3,、通用性好：可編程控制器采用了模式化結(jié)構(gòu),，一般有CPU模塊、電源模塊,、通訊模塊,、PID模塊,、模擬輸入/ 輸出模塊等,。用這些模塊可以靈活地組成各種不同的控制系統(tǒng)。對不同的控制系統(tǒng),，只需選取不同的模塊設(shè)計(jì)相應(yīng)的程序即可,。

4、使用方便,、靈活：對于不同的控制系統(tǒng),，當(dāng)控制對象及輸入/ 輸出硬件結(jié)構(gòu)選定后，若要改變控制方式或?qū)刂茖ο笞饕恍└膭?dòng),，只需修改相應(yīng)程序即可,，無須對系統(tǒng)連線作較大的修改。從而減少了現(xiàn)場調(diào)試的工作量,，提高了工作效率,。

三,、用作下位機(jī)的可編程控制器

由于可編程控制器具有上述特點(diǎn)，因而在檢測和控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用,。但因其專用性太強(qiáng)以及受輸入/ 輸出節(jié)點(diǎn)數(shù)的限制,，在由可編程控制器構(gòu)成的系統(tǒng)中，可編程控制器主要用來完成組合邏輯與時(shí)序邏輯的輸入/ 輸出控制,。另外,，由于可編程控制器無法以比較靈活的方式顯示當(dāng)前各個(gè)輸入/ 輸出點(diǎn)的狀態(tài)，不能以多種方式提供整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況,，因而,，在用可編程控制器構(gòu)成比較大的檢測控制系統(tǒng)時(shí)，一般用可編程控制器完成信號的采集和控制,，比較復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理,、圖形顯示、人機(jī)界面等由計(jì)算機(jī)來完成,。

在電纜自動(dòng)生產(chǎn)線檢控系統(tǒng)中,，可編程控制器作為下位機(jī)用來控制各種電機(jī)、風(fēng)機(jī)的啟,、停,，調(diào)速器的投切，讀取各控制點(diǎn)的狀態(tài),，然后將各點(diǎn)的狀態(tài)輸入到上位機(jī)——計(jì)算機(jī),。計(jì)算機(jī)處理可編程控制器和其他設(shè)備的信息，以圖表的方式顯示,，使操作者對生產(chǎn)線的工作狀態(tài)一目了然,。計(jì)算機(jī)和可編程控制器的硬件連接及可編程控制器與各控制端、狀態(tài)點(diǎn)的連接如圖1所示,。

圖1中,，輸入到可編程控制器的檢測點(diǎn)可分為按鍵類和光電開關(guān)類。按鍵類主要有：啟動(dòng),、停止,、幫助、診斷,、查詢,、復(fù)位按鍵等。光電開關(guān)類主要有：張力輪位置,、張力桿位置,、左右托位置、左右盤位置、抓勾位置,、左右防護(hù)位置,、排線位置、排架位置,、光電開關(guān)等,。可編程控制器的輸出用來控制循環(huán)水,、退火水,、吹干風(fēng)機(jī)及各種電機(jī)的啟停等。

可編程控制器不斷讀取輸入端,，按既定的控制方式對輸入端的狀態(tài)進(jìn)行邏輯運(yùn)算,，然后將運(yùn)算結(jié)果經(jīng)輸出端輸出（即進(jìn)行控制），從而保證生產(chǎn)線的可靠,、連續(xù)運(yùn)行,，同時(shí)將本系統(tǒng)的狀態(tài)按某種協(xié)議反映給上位機(jī)，上位機(jī)處理可編程控制器和其它設(shè)備的信息,，作出響應(yīng),，并以圖表的方式顯示，使操作者能隨時(shí)掌握生產(chǎn)線的工作狀態(tài),，以便在需要時(shí)進(jìn)行調(diào)試,。

四、通訊連接及程序設(shè)計(jì)

上位機(jī)和下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的方式有很多,，如網(wǎng)絡(luò)方式,、485方式、RS232方式等,。由于在電纜生產(chǎn)線中,，上、下位機(jī)之間距離較近,，因而我們選用了RS232方式,，其硬件連接如圖2所示。

圖2是我們使用三菱公司的FX2可編程控制器與計(jì)算機(jī)的連接方法,?？删幊炭刂破鞫耸褂昧薋X - 232ADP串行通訊模塊,，即可編程控制器與計(jì)算機(jī)之間以RS232方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,。當(dāng)可編程控制器與計(jì)算機(jī)的距離比較遠(yuǎn)時(shí)，也可以485方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,，只要在計(jì)算機(jī)中插一個(gè)485接口板,，并將可編程控制器的ADP - 232模塊換成485模塊即可。

1、可編程控制器通訊程序設(shè)計(jì)

在可編程控制器與計(jì)算機(jī)通訊之前,，必須設(shè)置相互認(rèn)可的參數(shù),，這些參數(shù)有：波特率、停止位和奇偶校驗(yàn)位等,?？删幊炭刂破魍ㄓ崊?shù)通過寄存器D8120的位組合方式來選擇，其各位定義如下：

b0 數(shù)據(jù)長度：= 0 ,，7位,； = 1， 8位
b2b1 校驗(yàn)： = 00,，無校驗(yàn),； = 01，奇校驗(yàn),； = 10,， 偶校驗(yàn)
b3 停止位： = 0， 1位,； = 1,， 2位
b7b6b5b4 波特率；
= 0011,， 300 bps,； = 0100， 600 bps,；
= 0101,， 1200 bps； = 0110,， 2400 bps,；
= 0111， 4800 bps,； = 1000,， 9600 bps；
= 1001,， 19200 bps,；

可編程控制器通訊適配器FX - 232ADP的命令為Ram ò n，其中S設(shè)定了傳送數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)首址,，m為從首地址開始的第m個(gè)順序單元,，D為接收數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)首址，n為接收數(shù)據(jù)的n個(gè)順序單元,?？删幊炭刂破魍瓿梢淮蝹魉偷某绦蛄鞒倘鐖D3 所示。

M8000是當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，處于接通狀態(tài)的特殊輔助繼電器,。

可編程控制器是以循環(huán)掃描的方式工作（如圖4 （b）所示）,，即按順序反復(fù)地執(zhí)行一條一條指令。如圖4（b）所示,，IN為一組輸入指令,，即一組將接點(diǎn)狀態(tài)讀入可編程控制器的指令，MEM為一組記錄接點(diǎn)狀態(tài)的指令,，CAL為若干條完成控制所需的計(jì)算,、處理指令，OUT為執(zhí)行控制和一組輸出指令,，TRN為若干條向串行口發(fā)送數(shù)據(jù)的指令,，依次反復(fù)執(zhí)行IN、MEN,、CAL,、OUT、TRN,，從而完成控制和數(shù)據(jù)交換的任務(wù),。由此可見，可編程控制器從串行口送出的數(shù)據(jù)是一個(gè)分段連續(xù)的數(shù)據(jù)流,，如圖4 （a）所示,。

圖中Dn（n=1, 2……N）為連續(xù)從串行口輸出的N個(gè)數(shù)據(jù)，在TRN之外的時(shí)間里串行口并不工作,。這樣,，當(dāng)計(jì)算機(jī)在接收可編程控制器的數(shù)據(jù)時(shí)，就需作如下考慮：

1） 首先應(yīng)找到數(shù)據(jù)流的首部,，因?yàn)橛?jì)算機(jī)對可編程控制器的訪問具有很大的隨機(jī)性,，當(dāng)計(jì)算機(jī)在讀串行口時(shí)，有可能讀到的是數(shù)據(jù)流中的任何一個(gè)數(shù)據(jù),，因而,，只有找到數(shù)據(jù)流的首部，然后讀到的數(shù)據(jù)才是正確的,、完整的數(shù)據(jù),。

2） 計(jì)算機(jī)讀串行口時(shí)，應(yīng)有足夠的等待時(shí)間,，如果計(jì)算機(jī)讀串行口時(shí),，恰好讀到的是數(shù)據(jù)2（D2），由于本次讀到的數(shù)據(jù)不是完整的,，因此計(jì)算機(jī)大約需要等可編程控制器的一個(gè)掃描周期才能讀到一組完整的數(shù)據(jù),。

2,、計(jì)算機(jī)通訊程序設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)電纜自動(dòng)生產(chǎn)線檢測控制系統(tǒng)時(shí),，我們已明確了可編程控制器向計(jì)算機(jī)發(fā)哪些數(shù)據(jù),，即計(jì)算機(jī)讀可編程控制器數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)M已知，因此可以用該數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)M來判斷所讀數(shù)據(jù)是否完整,。初始化串行口就是將可編程 控制器和計(jì)算機(jī)串行口的波特率,、停止位、校驗(yàn)位,、數(shù)據(jù)位等設(shè)置為相同,。為了使計(jì)算機(jī)能夠準(zhǔn)確找到數(shù)據(jù)流的首部，我們根據(jù)該數(shù)據(jù)流的特點(diǎn)和可能出現(xiàn)的情況,，定義了03FFFF為數(shù)據(jù)流的首部,，即可編程控制器發(fā)送的第一個(gè)數(shù)據(jù)為03，第二個(gè)數(shù)據(jù)為FF,，第三個(gè)數(shù)據(jù)為FF,，然后依次發(fā)送可編程控制器的數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)讀取數(shù)據(jù)時(shí),，首先檢查讀到的是不是03,，如果是03，再讀下一個(gè)數(shù)據(jù)并檢查是否為FF,，若是,，再讀下一個(gè)數(shù)據(jù)并檢查是不是FF，若是,，則認(rèn)為讀到了數(shù)據(jù)流的首部,，接著讀取數(shù)據(jù)，如果上述任意一項(xiàng)檢查不符,，則認(rèn)為沒有讀到數(shù)據(jù)流的首部,，再重復(fù)上述檢查，直至讀到數(shù)據(jù)流的首部為止,。這樣既保證了數(shù)據(jù)交換的正確性,，也保證了數(shù)據(jù)交換的完整性。

綜上所述,，我們在分析了可編程控制器的工作流程,、串行口工作方式和系統(tǒng)工作情況的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)流的首標(biāo)志,，設(shè)定了傳送數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù),，以此來判斷計(jì)算機(jī)所讀取數(shù)據(jù)的位置及數(shù)據(jù)的完整性，并以這種方式設(shè)計(jì)了通訊程序,，實(shí)際證明效果良好,。

五,、結(jié)論

本文簡要介紹了可編程控制器的性能、特點(diǎn),，在電纜自動(dòng)生產(chǎn)線中將可編程控制器與計(jì)算機(jī)以RS - 232的方式連接,，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)程序。按照這種連接和設(shè)計(jì),，我們完成了計(jì)算機(jī)與可編程控制器的通訊,，實(shí)現(xiàn)了電纜生產(chǎn)線的檢測控制系統(tǒng)，實(shí)際運(yùn)行良好,。